A journey across the multiple scales of human mobility

• Autores: Aleix Bassolas Esteban
• Directores de la Tesis: José Javier Ramasco Sukia (dir. tes.), Maxime Lenormand (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat de les Illes Balears ( España ) en 2019
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Marc Barthélemy (presid.), Javier Borge-Holthoefer (secret.), Ciro Cattuto (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Física por la Universidad de las Illes Balears
• Materias:
  • Física
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: RepositoriUIB
• Resumen
  • español

    La movilidad humana ocurre a todas las escalas espaciotemporales y ha suscitado un gran interés habida cuenta de su influencia en el estudio de las infraestructuras de transporte, el medio ambiente y la propagación de patógenos, entre otros. Sin embargo, la ausencia de datos detallados acerca de cómo nos movemos ha obstaculizado durante muchos años su estudio sistemático. La revolución digital y la adopción de las nuevas tecnologías durante el inicio del siglo XXI ha terminado con la escasez de datos y hoy en día disponemos de información sobre la actividad humana con un nivel de detalle sin precedentes. Esta tesis constituye una prueba de cómo los métodos desarrollados en la física pueden proporcionar soluciones más allá de los campo tradicionales. Mediante el análisis de nuevas fuentes de datos y el desarrollo de nuevas métricas y modelos estudiaremos las múltiples escalas espaciotemporales de la movilidad humana, desde la escala mundial presentada al principio a la escala urbana que centra la mayor parte de la discusión final. Comenzaremos estudiando el turismo a escala mundial a través de datos extraídos de redes sociales con geolocalización, proporcionando un método matemático para cuantificar la importancia de los monumentos turísticos. Además, mostraremos como estos datos pueden ser utilizados para mejorar nuestro conocimiento del movimiento de visitantes en entornos turísticos. Sin embargo, no sólo es importante medir y cuantificar la movilidad humana sino también modelizarla para así comprender los factores que la influencian. No siempre disponemos de información detallada sobre nuestro movimiento, por lo que el desarrollo de modelos capaces de reproducirlo es crucial. Debido al creciente número de modelos desarrollados los últimos años, llevaremos a cabo una comparación de los más usados. Durante los últimos años se ha sucedido un creciente e imparable incremento de la población urbana que ha motivado un creciente interés de la comunidad científica en los retos que se presentan en las ciudades. Por ello, en la parte final de ésta tesis se investiga tanto la estructura y organización de las ciudades como el uso de las infraestructuras de transporte. Primero llevaremos a cabo un análisis de la estructura jerárquica de las ciudades mediante el desarrollo de una métrica basada tan sólo en la movilidad de los ciudadanos y visitantes. Mostraremos que, no sólo todas las ciudades muestran una organización jerárquica de algún tipo, sino que nuestra métrica esta relacionada con el transporte, el medioambiente y la salud en ciudades. De hecho, el transporte urbano se ha convertido en un tema candente debido al incremento de la movilidad y la congestión. Por ello, estudiaremos la congestión que emerge como consecuencia de acontecimientos masivos tales como conciertos, manifestaciones o grandes eventos deportivos mediante el desarrollo de un modelo capaz de imitar el movimiento de individuos a través del sistema de transporte público. Nuestro modelo se puede solucionar de forma analítica y mediante simulaciones para probar que la dimensión de la red del transporte público gobierna la aparición de retrasos en función del número de asistentes. Más allá de una gestión más eficaz del transporte público, muchas ciudades han implementado peajes con el fin de reducir la congestión y de la emisión de gases contaminantes. A cuenta de ello, en el capítulo final de esta tesis evaluaremos los efectos de la puesta en práctica de una política de peaje alrededor de la ciudad de Barcelona usando un modelo de simulación de tráfico y una demanda de transporte generada a partir de datos de telefonía móvil.

  • català

    La mobilitat humana és freqüent a totes les escales espaciotemporals i ha suscitat un gran interès degut a la seva influència en l'estudi del transport, el medi ambient i la propagació de patògens. Tot i que la absència de dades de com ens movem ha obstaculitzat durant molts anys el seu estudi sistemàtic. Avui en dia la revolució digital i l'adopció de les noves tecnologies que han transcorregut durant l'inici del segle XXI han acabat amb l'escassetat de dades i disposem d'informació sobre l'activitat humana amb un nivell de detall sense precedents. Aquesta tesi constitueix una prova de com els mètodes i les eines desenvolupats en el àmbit de la física poden proporcionar solucions en camps allunyats dels tradicionals. Mitjançant una àmplia gamma d'eines i mètodes matemàtics, així com la construcció de models, aquesta tesi estudia les multiples escales espaciotemporals de la mobilitat humana, anant des de l'escala mundial fins a la urbana. Començarem estudiant el turisme a escala mundial, emprant l'anàlisi de dades obtingudes de xarxes socials amb geolocalització, i proporcionarem un mètode matemàtic per a quantificar la importància dels monuments turístics. També mostrarem com aquestes mateixes dades es proporcionen informació sobre l'activitat de vistants en les destinacions turístiques. Si bé és important mesurar i quantificar la mobilitat humana, ho és encara més modelitzar-la per entendre quins són els factors que hi juguen un paper. Donat que no sempre disposem d'informació detallada de com ens movem, el desenvolupament de models capaços de reproduir-ho és crucial. Degut al creixent nombre de models que han aparegut durant els últims anys, durem a terme una comparació entre els més usats. Durant els últims cinquanta anys la població urbana no ha fet més que créixer, augmentant l'interès en l'estudi de les ciutats. En els darrers capítols d'aquesta tesi investigarem els desafiaments que emergeixen en els entorns urbans, com són la seva estructura i organització o l'ús de les infraestructures de transport mitjançant l'estudi de la mobilitat. Primer durem a terme un anàlisi de l'estructura jeràrquica de les ciutats, desenvolupant una mètrica només basada en el moviment dels seus ciutadans i visitants. Després d'això, mostrarem com aquesta mètrica esta relacionada amb el transport, el medi ambient i la salut a les ciutats. De fet, el transport urbà és un tema que atreu l'interès d'institucions, tant públiques com privades, a causa de la congestió i els retards, entre d'altres. En aquest àmbit, desenvoluparem un model que imita el moviment d'individus a través del sistema de transport públic per a estudiar els retards que emergeixen com a conseqüència d'esdeveniments massius tals com concerts, manifestacions o grans enfrontaments esportius. El nostre model es pot solucionar de forma analítica i mitjançant simulacions per probar que la dimensió de la xarxa del transport públic governa l'aparició de la congestió i els retards en funció del nombre d'assistents. Més enllà del transport públic, moltes ciutats han implementat peatges amb l'objectiu de millorar la mobilitat a les ciutats. A compte d'això, en el capítol final d'aquesta tesi, avaluarem els efectes de la posada en pràctica d'una política del peatge al voltant de la ciutat de Barcelona, usant un model de simulació de trànsit i una demanda de transport generada a partir de dades de telefonia mòbil.

  • English

    Human mobility is prevalent across all spatiotemporal scales and has been a main subject of study on account of its influence in the transportation infrastructures, the environment and the spread of pathogens. Yet for many years now the lack of detailed data has hindered its systematic study. Thanks to the digital revolution and the rise of emergent technologies occurred during the XXI century, the era of data scarcity came to an end and we avail of human activity dataat an unprecedented level of detail. This thesis provides a physics approach to the study of the multiple spatiotemporal scales human mobility, from the worldwide to the urban scale, proving the potential of its tools to investigate beyond traditional topics. Throughout this work, we combine the analysis of Information and Communication Technologies data with the use and development of new metrics and models to better understand the mechanisms governing it. We start by studying the worldwide scale of tourism through the use of data from online social networks with geolocated information and provide a mathematical method to quantify the relevance of touristic sites. Additionally, we also provide a glimpse of how our methodology could be used to investigate the presence of visitors in touristic environments. Nonetheless, it is not only important to measure and quantify human mobility, but also to model it. Detailed data might not be always available and, thus, the development of models to unveil the laws behind human movement and the variables governing it is crucial. On account of the growing number of models developed over the last years, we perform a comparison of the most widely used ones focusing on commuting trips. The prevalent increase of urban population and the challenges emerging therein compel us to focus on the intra-urban scale, where the study of human mobility has a lot to say. We first unveil the hierarchical structure of cities by developing a metric solely based on mobility. Thereafter, we show that our metric is connected to the transportation, environment and health in cities. In fact, transportation policies progressively became a topic of major concern due to the increase of congestion and emission of pollutants. Hence, we develop a model that mimics the movement of individuals through the public transportation system and allows us to study the delays produced by massive events such as concerts, demonstrations or sports matches. By solving our model analytically and performing simulations, we prove that the dimension of the public transportation network is the major driver of the scaling of delays and disruptions. In addition to a more efficient transportation management, many cities have implemented toll policies. Therefore, in the final chapter of this thesis, we use a traffic simulation toll and a demand generated from ICT data to evaluate the consequences of the implementation of a toll policy around the city of Barcelona.